湿式石灰石-石膏法烟气脱硫系统仿真设计.pdf

湿式石灰石 - 石膏法烟气脱硫系统仿真设计 惠远峰 包海峰 张立东 许崇利 吉林化工学院环境与生物工程学院, 吉林 吉林 132022 摘要 湿式石灰石-石膏法烟气脱硫系统的仿真研究, 基于不同工况的要求, 建立了一系列的仿真数学模型; 设计开发 了湿式石灰石-石膏法烟气脱硫系统的仿真软件; 所开发的软件生成可执行文件, 能够脱离开发环境在 Windows 系统 下独立运行, 既可以用于教学培训, 又可用于科学研究, 还可以由留有的接口进一步开发成产品应用于实际。 关键词 湿式石灰石-石膏法; 脱硫; 省却 GGH; 仿真 SIMULATION DESIGN OF WET LIMESTONE-GYPSUM FLUE-GAS DESULFURIZATION SYSTEM Hui Yuanfeng Bao Haifeng Zhang Lidong Xu Chongli Environmental and Biological Engineering Institute, Jilin Institute of Chemical Technology , Jilin 132022, China Abstract The thesis presented a study on simulation of wet limestone -gypsum flue -gas desulfuration system.Based on different working situations, a series of mathematic models for simulation were established.Simulation software were designed and developed for wet limestone -gypsum flue -gas desulfuration system. Functionsof distributed controlling were elementarily realized. The developed software could run independently on Windows out of developing circumstances. It can be used for teaching and studying. Keywords wet limestone -gypsum ;desulfurization; wipe off GGH; simulation 1 仿真数学模型的建立 依据仿真对象确定电厂脱硫系统的主要影响参 数和控制参数, 建立的仿真数学模型 [ 1] 包括 1 原烟 气参数模型 ; 2 石灰石粉及浆液参数模型 ; 3 吸收塔 参数模型 ; 4 净烟气参数模型等 。 1. 1 烟气参数的数学模型 烟气量 Q m 3 h 、 SO 2含量 S1 mg m 3 、 O 2含量 O1 、 HCl 含量 Cl1 mg m 3 、粉尘含量 M 1 mg m 3 的数学模型。 Q 70 15 rnd 1 -0. 01 万m 3 h 1 S11 000 2 000 rnd mg m 3 2 O16. 5 1. 5 rnd 3 Cl1150 100 rnd mg m 3 4 M1200 200 rnd mg m 3 5 其中 rnd 表示 0 ～ 1 之间的随机数。 1. 2 液气比 L G 值 [ 2] LG 数学模型 开启 1 台则 N N 1 如果 N 0,则 LG0 N 1, 则 LG 2. 86 10 6 q Q S1 L m 3 N 2, 则 LG 2. 86 10 6 2q Q S1 L m 3 N 3, 则 LG 2. 86 10 6 3q Q S1 L m 3 N 4, 则 LG 2. 86 10 6 4q Q S1 L m 3 式中 q 单台泵的流量; Q 烟气量 ; S1 SO2含量。 1. 3 SO2含量 S2 SO2 H2O H2SO3 H HSO - 3 2H SO 2- 3 CaCO3 2SO2 H2O Ca HSO32 CO2 假设 1 流的紊流和 SO2的扩散使得塔中任意截面上 SO2的浓度均匀; 2 脱硫塔内气流流速均匀; 3 石灰石颗粒在浆液循环过程中溶解充分 ; 4 SO2吸收为拟一级吸收 ; 5 水溶的 SO2与自上而下喷洒的循环液中 Ca 2 接触立即反应即气液界面上SO2分压为 0; 6 由 pH 不同引起的反应系数气膜传质系数液 膜传质系数归结为一个系数 K1沿塔垂直向上取一 66 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 微元体体积为 dV 其横截面积为 F πR 2 ,高度为 dX 式中 F 脱硫装置横截面积 ,m 2 ; R 吸收塔内壁半径,m 。 微元体积中 SO2质量为 M CSO2dV CSO2F dX 式中 CSO2 微元体积中SO2浓度。 该微元体积内在 dt 时间内吸收到吸收液中 ,SO2 质量浓度为mg m 3 。 dM CSO2q K1dt dV 式中 q 单位时间内单位体积喷淋量,m 3 s; K1 吸收速率系数; V 装置有效体积。 由于SO2被吸收液吸收在所研究的体积单元内 SO2浓度将减小其中SO2浓度将改变为 dCSO2, 即 dCSO2-dM dV -CSO2q K1dt dCSO2 CSO2 -q K1dt 边界条件 t 0, CSO2Cλ t t , CSO2C出 ∫ C出 C入 dCSO2 CSO2 - ∫0 q K1dt C出 C入 e - -qk1H U 5t H U C出 C入 e - -qk1H u 右边指数分子分母同乘 πR 2 C出C入 e -L QK1 C入e -k 其中 πR 2 U Q πR 2 H V 式中 Q 处理烟气量 ; L 循环液喷淋量; K1 由烟气量液气比 pH SO2进口浓度引起 的吸收参数 。 当 N 0 出口浓度等于进口浓度并给出警报泵 未开模型为 S2S1 mg m 3 当 N 1, 液体会造成悬浮工程实际中一般不只 开一台泵并给出警报液体悬浮此时模型可简化为 S2S1 1 -0. 3 mg m 3 , 当 N 2 或 N 3 时,实际工程中常在此工况状态下运行 ,其中 e0、e1、 e2、 e3、 e5、 e6、 e7、 e9、 e10、 e12 均为系数 e0 8. 446203332783327E 001 e1-1. 563421385952430E - 004 e2 1. 416840038455395E 000 e3-4. 081627432265381E 000 e5 7. 398742436721757E- 011 e6 1. 609877677963934E- 006 e7 2. 544345999086682E- 006 e9-6. 065273683833448E - 001 e10 2. 638776874499030E- 001 e12 2. 886599428649441E- 002 k e0 e1 Q 3 600 e2 p1 e3 LQ e5 Q 3 600 2 e6Q 3 600 p1 e7Q3 600 LQ e9 p1 2 e10 p1LQ e12 LQ 2 S2S1 exp -k mg m 3 当 N 4 ,即泵全开根据此电厂调试数据模型为 S2S1 1 -0. 995 mg m 3 1. 4 SO2脱除效率 η η s1-s2 s1 100 2 仿真软件的设计 该仿真系统所使用的应用软件系统是在 Microsoft Windows XP 操作系统平台上采用VB6. 0 [ 3] 高级程序设 计语言,实现了该系统的运行控制和界面仿真。 2. 1 主控界面 这是该仿真软件运行时呈现给用户的主窗口 ,在 该窗口中包括主菜单和快捷工具栏 。用户能够点击 各个菜单进入相应各个子系统。图 1 是刚进入系统 的主控界面 。 2. 2 塔内循环浆液位 此窗口可以实现如下功能 1 可以看到吸收塔喷淋层进行喷淋, 吸收塔浆液 液位升降过程的动画效果 。 2 在窗口上 ,可以显示有关运行的数据,如“原烟 气流量” 、 “液位高度” ,对吸收塔中液位变化情况能够 十分清楚。 67 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 图 1 系统主窗口 图 2 塔内循环浆液位 3 仿真实验 3. 1 锅炉蒸发量对脱硫系统的影响 实验条件 其他初始参数不作调整 ,将锅炉蒸发 量参数由原来的420 t h分别调整为 400, 380 t h和 360 t h。仿真实验结果如图 3 所示 。从图 3 中可以 看出锅炉蒸发量对系统处理烟气量有很大的影响 ,随 着锅炉蒸发量的减少, 处理烟气量迅速降低。但是, 锅炉蒸发量对脱硫效率和系统入口 SO2浓度和出口 SO2浓度影响很小 [ 4] 。 图 3 锅炉蒸发量对脱硫效率的影响 3. 2 液气比 L G 对脱硫系统的影响 实验条件 其他初始参数不作调整 ,将液气比由 原来的 10 分别调整为 14 、 16 和 20。仿真结果如图 4 所示 ,由模型知道,在其他参数不变的情况下 ,提高液 气比相当于增加了吸收塔内喷淋密度,使液气间接触 面积增大, 脱硫效率也会增加 。要提高吸收塔的脱硫 效率 ,提高液气比是一个重要的手段 。但是当液气比 达到一定程度后 ,脱硫效率的增加非常缓慢 ,通常单 纯喷雾性吸收塔 , 其液气比不会大于25 L m 3 。在提 高液气比将使浆液循环泵的流量增加,从而增加设备 的投资和能耗。同时 ,高液气比还会使吸收塔内压力 损失增大, 增加风机的能耗。 图 4 液气比 L G 对脱硫系统的影响 3. 3 石灰石浆液浓度对脱硫系统的影响 实验条件 其他初始参数不作调整 ,将石灰石浆 液浓度由原来的1 300 kg m 3分别调整为1 100,1 200, 1 400 kg m 3 。仿真结果如图 5 所示 , 由模型知道, 石 灰石浆液浓度对脱硫效率有很大的影响 ,从而连带着 对出口烟气含硫浓度也产生影响。随着石灰石浆液 浓度的增加, 脱硫塔内的 SO2可以接触到更多的 CaCO3,从而增加了被吸收的机会, 使得脱硫效率升 高。在入口烟气含硫浓度变化不大的情况下 ,出口烟 气含硫浓度大大降低 。 图 5 石灰石浆液浓度对脱硫系统的影响 4 结论 对Visual Basic 6. 0 在湿式石灰石 - 石膏法烟气 脱硫系统仿真设计中的应用进行了初步的探索,结果 下转第 15 页 68 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 提供技术和贷款 。表 3 是国内采用 AB 工艺的部分 城市污水处理厂的基本情况。 表 3 国内部分 AB 法污水处理厂的情况 污水处理厂处理规模 m3d- 1备注 青岛海泊河污水处理厂80 000一期,工业废水占 60 淄博污水处理厂140 000一期,工业废水占 85 泰安污水处理厂50 000 上海市嘉定污水处理厂200 000扩建,工业废水占 85 上海市松江污水处理厂68 000改造扩建,工业废水占 70 乌市河东污水处理厂200 000工业废水占40 滕州市污水处理厂80 000利用德国政府赠款建设 国内近几年开展 AB 工艺研究日趋增多 , 主要研 究AB 工艺营运于不同废水处理, 主要集中在工艺的 机理 、 运行稳定性和对不同类型废水的处理效果的方 面。目前, 随着研究的深入 ,更多的是结合国外环保 项目贷款的基础上, 将AB 工艺应用于实际工程的设 计和运行 。表 4 为国内对AB 工艺的有关研究情况 。 表 4 国内对 AB 工艺的主要研究情况 研究单位废水类型 A段污泥负荷 kgm- 3d- 1 B 段污泥负荷 kgm- 3d- 1 COD 去除 率 BOD5去除 率 清华大学印染废水3 . 8～ 5 . 10 . 5～ 0 . 673～ 8288～ 95 北京市政 设计院 城市污水1 . 3～ 4 . 90 . 1～ 0 . 393 . 88 中科院成 都生物所 屠宰废水2 . 20 . 2～ 0 . 387. 294. 3 东南大学饮料废水6. 092. 09 5 结语 AB工艺在虹桥污水处理厂运行稳定, 处理效果 良好,AB 工艺既可以处理城市污水,还可以处理工业 废水, 同时也比较适合原有污水厂的改造 ,可以大大 提高处理效果, 总之,AB 工艺拥有高效 、稳定、经济、 运行灵活及对旧工艺改造方便等优点。 参考文献 [ 1] 韩魁生, 齐杰, 白春学, 等. 污水生物处理工艺技术[ M] . 大连 大连理工大学出版社,2004. [ 2] 沈耀良, 王宝贞. 废水生物处理新技术[ M] . 北京 中国环境科 学院出版社, 2006. [ 3] 刘晓强, 李亚新. AB 法污水处理工艺[ J] . 科技情报开发与经 济, 2005, 15 16 124 -125. [ 4] 姚俊芹, 魏震华, 易红星, 等. 乌鲁木齐市河东污水处理厂 AB 工艺介绍[ J] . 给水排水,2006, 32 3 26 -28. [ 5] 周健, 魏小松, 龙腾锐. AB 法 A 段活性污泥沉降性能探讨[ J] . 重庆环境科学, 2002, 10 5 61 -63. [ 6] 刘文海, 佘宗莲, 王琳. AB 法工艺在河东污水处理厂的应用 [ J] . 环境工程, 2004,22 6 22 -25. 作者通信处 贾宏涛 830052 乌鲁木齐市新疆农业大学草业与环 境科学学院 E -mail hongtaojia126. com 2008- 12-12 收稿 上接第 68页 表明 Visual Basic 6. 0 在在湿式石灰石 - 石膏法烟气 脱硫系统仿真设计中具有独特的优越性 。用 Visual Basic 6. 0设计出的仿真程序具有如下优点 1 程序简单 、 易读 、 使用方便 、 功能强大; 2 程序计算结果可视化程度高, 可以方便迅速的 利用数值 、 图形表达计算结果 ; 3 计算结果的稳定性好 ; 4 投资不大 ,易学易用 ,对用户要求不高。 参考文献 [ 1] 吴重光. 仿真技术[ M] . 北京 化学工业出版社, 2000 6 -41. [ 2] 孙克勤, 钟秦. 火电厂烟气脱硫系统设计、 建造及运行[ M] . 北 京 化学工业出版社,2005. [ 3] 陈佳丽. Visual Basic 程序设计基础与实训教程[ M] . 北京 清华大 学出版社, 2005. [ 4] 杨. 二氧化硫减排技术与烟气脱硫工程[ M] . 北京 冶金工业出 版社, 2004. 作者通信处 惠远峰 132022 吉林市承德街 45 号 吉林化工学院 环境与生物工程学院 E -mail huiyuanfeng2000163. com 2008- 12-12 收稿 15 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期